水稻花期调控基因OsEF1的克隆和功能研究

Endogenous genetic factors and environmental signals controlled flowering time in plants. One of the environmental signals is photoperiod. Genetic mechanisms for the photoperiodic response of flowering of long-day plants (LDPs) have been extensively analyzed using Arabidopsis as a model plant. In contrast, mechanisms in short-day plants (SDPs) remain unclear. During field screening of rice mutant pool we found a mutant that flowers 30 days earlier than Nippon bare at normal condition. Molecular analysis shows taht a newly transposed Tos17 was inserted in a gene we named OsEF1, the homolog of Osk4 in moss (Physcomitrella patens) encoding a ligand of a kinase. Co-segregation and complementation analysis showed disruption of OsEF1 by Tos7 is directly related to early flowering phenotype. Functional analysis of OsEFl will contribute directly to reveal genetic mechanism of flowering time control in short day plants, especially in rice.

植物开花受内在遗传因子和外部环境因子的调控，其中最主要的是受光周期的调控。长日照植物拟南芥开花调控的遗传机理目前研究的比较清楚，而短日照植物水稻开花调控的机制仍然有很多不清楚。我们在对水稻标签突变体进行筛选时，发现一个早花突变体，比对照日本晴早开花30天左右。遗传学分析与互补试验表明一个新的Tos17逆转座子插入OsEF1中，引起单基因隐性突变，从而导致该突变体的早花表型。OsEF1在小丽碗藓中的同源基因编码一个激酶配基，基因被破坏后，小立碗藓可以在低于正常光照的条件下仍然能正常产生孢子体，提示该基因在水稻中的功能可能是参与光周期控制的水稻开花过程。详细研究OsEF1基因的功能有助于阐明短日照植物水稻的开花机制，从分子水平上揭示水稻开花同光周期的内在关系。

水稻花期调控基因OsEF1的克隆和功能研究获得小额资助，研究期限为一年，在前期基础上，继续深入进行OsEF1基因的功能研究。研究表明，OsEF1基因编码一个210个氨基酸的蛋白质，此蛋白质在维管植物中没有功能报道。在ef1突变体中，OsEF1基因的3’UTR插入一个Tos-17逆转座子，导致RNA拼接模式改变，产生缺少一个外显子的新类型的mRNA，翻译生成的蛋白质缺少117个氨基酸，此蛋白质没有功能。水稻开花受开花素控制，目前发现控制成花素表达的最重要的基因为Ehd1和Hd1，对OsEF1基因突变体中Ehd1和Hd1基因表达分析表明，OsEF1在长日照条件下，通过抑制Ehd1和促进Hd1基因表达而控制水稻开花，是一个重要的抑制开花因子。通过酵母双杂交实验和BIFC试验，发现同OsEF1蛋白直接互做的激酶蛋白OSK4，通过对编码该激酶的基因进行RNAi干涉发现，该激酶也参与了控制水稻开花途径，其机理研究正在进行中。